Alles über Manometer – Was sie sind und wie sie funktionieren

Anleitungen

Manometer sind Präzisionsinstrumente, mit denen der Druck gemessen wird, dh die Kraft, die ein Gas oder eine Flüssigkeit pro Flächeneinheit aufgrund der Auswirkungen des Gewichts dieses Gases oder dieser Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft ausübt. Je nach Typ und Konfiguration können Manometer für die Messung unterschiedlicher Druckwerte eingerichtet werden. Ein üblicher Manometertyp, mit dem die meisten Menschen vertraut sind, ist derjenige, mit dem Ärzte und Mediziner den Blutdruck eines Patienten messen und überwachen. Diese Art von Manometer wird als Blutdruckmessgerät bezeichnet.

In diesem Artikel werden die verschiedenen Arten von Manometern beschrieben, ihre Funktionsweise erläutert, ihre Anwendungen vorgestellt und Überlegungen zum Korrekturfaktor für Manometer erörtert.

Druckdefinitionen

Es ist nützlich, einige grundlegende Prinzipien zu überprüfen, die sich auf den Druck beziehen. Der Druck ist ein Maß für die Kraft (F), die pro Flächeneinheit (A) ausgeübt wird:

Die Maßeinheit für den Druck ist daher ein Kraftwert geteilt durch einen quadratischen Abstandswert. In metrischen Einheiten ist die Maßeinheit für den Druck Newton / (Meter) 2, bekannt als Pascal (Pa). Andere gebräuchliche Druckmaßeinheiten sind Pfund pro Quadratzoll (psi), Millibar, Atmosphären (atm), Millimeter Quecksilber (mm Hg) und Zoll Wasser (in H2O).

Der Druck kann in drei spezifischen Kategorien dargestellt werden:

• Absolutdruck
• Überdruck
• Differenzdruck

Der Absolutdruck misst den Wert des Drucks, der relativ zum absoluten Nulldruck eines Vakuums ausgeübt wird. Der Manometerdruck ist die Differenz zwischen dem gemessenen Druckwert und dem lokalen Atmosphärendruck (denken Sie an ein Reifendruckmessgerät). Differenzdruck wird verwendet, um eine Messung zu beschreiben, die die Differenz zwischen zwei (unbekannten) Druckniveaus darstellt, bei denen kein Referenzdruck angegeben wird, aber die Messung des Druckbetrags, um den sich die beiden unterscheiden, ist immer noch wichtig.

Daher kann der Gesamt- oder Absolutdruck in Bezug auf Überdruck und Atmosphärendruck wie folgt definiert werden:

Arten von Manometern

Manometer können grob als zwei Haupttypen klassifiziert werden, analoge Manometer und digitale Manometer, von denen jede nachstehend erörtert wird.

Analoge Manometer und ihre Funktionsweise

Analoge Manometer verwenden eine Flüssigkeit, die in einem U-förmigen Rohr enthalten ist und nach dem Prinzip des hydrostatischen Gleichgewichts arbeitet. Die Flüssigkeit im Rohr setzt sich in jedem Schenkel des Rohrs auf gleicher Höhe ab, wenn beide Enden für atmosphärischen Druck geöffnet sind. Wenn jedoch an einen der Schenkel des U-förmigen Rohrs ein Überdruck angelegt wird, fällt der Flüssigkeitsspiegel in diesem Schenkel und steigt in dem anderen Schenkel an. Dies liegt daran, dass der Druck die Flüssigkeit zwingt, in das eine Bein zu fallen und in das andere zu steigen, bis das Gewicht der Flüssigkeitssäule, das sich aus dem angelegten Druck ergibt, ausreicht, um diesem Druckwert entgegenzuwirken. Somit stellt der vertikale Abstand zwischen dem Füllstand des Fluids in den beiden Schenkeln des Rohres ein Maß für die Menge des aufgebrachten Drucks dar. Diese gängigen Arten von analogen Manometern werden als U-Rohr-Manometer bezeichnet. Der beobachtete Druckwert (P) ist eine Funktion der Höhe (h) und Dichte (ρ) des im Manometer verwendeten Fluids, wobei der Wert (g) die Gravitationskonstante darstellt.

Eine andere Art von analogem Manometer ist das Brunnenmanometer, das manchmal als Zisternenmanometer bezeichnet wird. Das Brunnenmanometer ist wie das U-Rohr, mit dem Unterschied, dass einer der Schenkel des U eine Querschnittsfläche hat, die viel größer ist als die des zweiten Schenkels. Diese Anordnung führt zu einer kleineren Bewegung des Flüssigkeitsspiegels in dem größeren Schenkel, wenn er Druck ausgesetzt wird, was effektiv die Verwendung einer einzigen Skala zum Ablesen ermöglicht, um den Druckwert zu erhalten, im Gegensatz zu zwei Skalen im U-Rohr-Stil.

Schrägmanometer sind, wie der Name schon sagt, mit einem Rohr ausgestattet, das nicht vertikal, sondern in einem flachen Winkel zur horizontalen Ebene steht. Dieses design ermöglicht eine relativ kleine menge von druck ändern zu beobachtet werden durch die instrument, so bietet verbesserte empfindlichkeit und auflösung.

Ein anderer Manometertyp wird als Absolutmanometer bezeichnet. Absolutmanometer verwenden einen abgedichteten Schenkel, der es ermöglicht, nur einen Schenkel des Manometerrohrs dem Außendruck auszusetzen. Auf der abgedichteten Seite liegt ein Vakuumzustand vor, der einen absoluten Nulldruck darstellt, der durch eine Quecksilbersäule abgedichtet ist. Das Manometer misst daher den Absolutdruck und nicht den Überdruck oder den Differenzdruck. Diese Art des Manometers kann entweder die wohle Art der U-Rohrart sein, die oben beschrieben wird. Quecksilberbarometer, die den atmosphärischen Druck messen, sind ein gängiges Beispiel für ein Absolutmanometer.

In analogen Manometern werden verschiedene Flüssigkeiten verwendet. Übliche Flüssigkeiten sind in Tabelle 1 unten gezeigt, die manchmal als manometrische Flüssigkeiten bezeichnet werden. Durch Ändern der verwendeten Flüssigkeit können Genauigkeit, Reichweite und Empfindlichkeit des Analogmanometers variiert werden. Flüssigkeiten mit höheren Dichten als Wasser bieten höhere Reichweiten, aber niedrigere Auflösungen. In ähnlicher Weise verringert das Absenken der Dichte der manometrischen Flüssigkeit, die auch als Anzeigeflüssigkeit bezeichnet wird, den Druckbereich, erhöht jedoch seine Empfindlichkeit.

Tabelle 1 – Beispiele für Anzeigeflüssigkeiten zur Verwendung in Manometern

* Das spezifische Gewicht stellt das Verhältnis der Dichte des Fluids zur Dichte von Wasser dar.

Anzeigeflüssigkeit	Temperaturbereich	Spezifisches Gewicht*
Hochreines Quecksilber	-30oF – 200oF	13,54 @ 71.6oF
Red Oil #827	40oF – 120oF	0.827 @ 60oF
Red Unity Oil # 100	30oF – 100oF	1.00 @ 73oF
Green Concentrate #1000	40oF – 120oF	1.000 @ 55oF
Acetylene Tetrabromide	40oF – 100oF	2.95 @ 78oF
Dibutyl Phthalate	20oF – 150oF	1.04 @ 80oF

Digitale Manometer und wie sie funktionieren

Digitale Manometer, auch bekannt als elektronische Manometer, verlassen sich nicht auf das hydrostatische Gleichgewicht von Flüssigkeiten, um den Druck zu bestimmen. Stattdessen enthalten sie einen Druckaufnehmer, eine Vorrichtung, die ein beobachtetes Druckniveau in ein elektrisches Signal umwandeln kann, dessen charakteristischer Wert proportional oder ein Proxy für die Größe des Drucks ist. Der elastische Teil des Wandlers lenkt unter Druck aus und diese Auslenkung wird dann in einen Wert eines elektrischen Parameters umgewandelt, der detektiert und auf einen Druckwert kalibriert werden kann. Druckmessumformer verwenden typischerweise eine von drei Arten von elektrischen Parametern – resistiv, kapazitiv oder induktiv.

1. Resistive Wandler führen dazu, dass die Verformung den elektrischen Widerstand eines Dehnungsmessstreifen verändert.
2. Kapazitive Wandler beruhen auf Änderungen des Wertes der Kapazität, die sich aus der Verformung ergeben, die die relative Position der beiden Platten eines Kondensators ändert.Induktive Wandler nutzen die Verformung des elastischen Teils, um die lineare Bewegung eines angebrachten ferromagnetischen Kerns innerhalb einer Spule oder Induktivität zu verändern. Diese Bewegung variiert den induzierten EMK- und Wechselstrom, der in der Spule erzeugt wird.

Um Messungen an sehr niedrigen Drücken durchzuführen, werden zusätzliche Arten von Druckmessumformern verwendet, darunter ein Pirani-Messgerät, ein Thermoelementmessgerät und ein Ionisationsmessgerät. Niederdruckmanometer werden auch Mikromanometer genannt.

Digitale Manometer einige Vorteile gegenüber analogen Modellen. Digital manometer:

• Sind tragbare in größe, wiegen weniger, und funktion einfach zu lesen displays.
• Kann mit einem Computer oder einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) verbunden werden.
• Verlassen Sie sich nicht auf die Verwendung manometrischer Flüssigkeiten, von denen einige (z. B. Quecksilber) giftig sein können.
• Unterliegen keinen Problemen im Zusammenhang mit den Fluideigenschaften, die die Genauigkeit der Messungen beeinträchtigen können.
• Kann Abweichungen von Standardbedingungen per Softwareprogrammierung korrigieren.

Da sie jedoch kein Primärstandard sind, müssen sie regelmäßig gegen einen Primärstandard kalibriert werden.

Korrekturen der Flüssigkeitseigenschaften für Manometer

Analoge Manometer, die auf den Eigenschaften von Flüssigkeiten beruhen, müssen korrigiert werden. Die Dichte von Flüssigkeiten ist mit der Temperatur nicht konstant und die Gravitationsfeldstärke variiert sowohl in Abhängigkeit von der Höhe über dem Meeresspiegel als auch von der Breite. Diese Tatsachen erfordern die Verwendung von Korrekturmethoden und die Notwendigkeit, Standardreferenzen festzulegen, damit eine Definition des Drucks festgelegt und vereinbart werden kann. Referenz 5 unten enthält eine vollständige Erläuterung der Methoden, die für diese Korrekturen gelten, die hier nur kurz vorgestellt werden.

• Korrektur der Flüssigkeitsdichte – passt die Tatsache an, dass die Dichte der Anzeigeflüssigkeit nicht mit der Temperatur konstant ist
• Korrektur des Gravitationsfeldes – passt die Variation der Stärke des Gravitationsfeldes in einer bestimmten Höhe und Breite relativ zu seinem Wert auf Meereshöhe und 45 an.54ON lattitude
• Korrektur für den Druckkopf – passt die Differenz zwischen der Dichte der Flüssigkeitssäule und der des Druckmediums gleicher Höhe an
• Korrektur für Skalenänderungen – passt die Tatsache an, dass die markierten Skalenabstufungen ihren Abstand aufgrund der Änderung der Temperatur ändern, bei der die Druckmessung durchgeführt wird (dies aufgrund der thermischen Ausdehnung / Kontraktion des Materials, aus dem die Skala aufgebaut ist)
• Korrektur für die Kompressibilität von Flüssigkeiten – diese Korrektur ist hauptsächlich bei höheren Drücken anwendbar wobei sich die Flüssigkeitsdichte aufgrund der Kompression des Fluids ändern kann
• Andere Korrekturen – dazu gehören die Absorption von Gas durch das Fluid, die seine Dichte verändern kann, sowie der Kapillareffekt, der sich darauf auswirkt, wie der Messwert von der Skala interpretiert wird

Wie Manometer verwendet werden

Manometer werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt und können Druck und Durchfluss messen. Gemeinsame Anwendungen umfassen:

• Wartung von HLK-Systemen
• Überwachung der meteorologischen und Wetterbedingungen
• Gasdrucküberwachung in Rohrleitungssystemen
• Flüssigkeitsmessungen
• Physiologische Messungen wie Blutdruck
• Überwachung des Betriebs von Kompressorsystemen

Zusammenfassung

In diesem Artikel wurde ein kurzer Überblick über Manometer und deren Funktionsweise gegeben. Informationen zu anderen Produkten finden Sie in unseren zusätzlichen Leitfäden oder auf der Thomas Supplier Discovery Platform, um potenzielle Bezugsquellen zu finden oder Details zu bestimmten Produkten anzuzeigen.

Quellen:

1. https://www.enotes.com/homework-help/how-does-manometer-work-what-its-purpose-how-can-531462
2. https://sciencing.com/do-manometers-work-5187684.html
3. https://www.brighthubengineering.com/marine-engines-machinery/106548-using-a-u-tube-manometer-for-measuring-fluid-and-gas-pressures/
4. https://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Manometer/Manometer.html
5. https://www.meriam.com/assets/eng/050-MHB-1.pdf https://sciencestruck.com/manometer-working-principle-types-applications
6. http://www.dwyer-inst.com/DC/HVACCatalog/
7. http://www.validyne.com/blog/simplicity-accuracy-nothing-beats-pressure-manometer/
8. https://sciencing.com/inclined-manometer-advantages-8761430.html
9. https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1573.pdf?&srch=1
10. https://www.surecontrols.com/how-low-pressure-transducers-work/
11. https://www.fierceelectronics.com/components/manometer-basics

Andere Schiefer Kunst

• Messung der Taupunkt
• Alle Über Feuchtigkeit Analysatoren und Feuchtigkeit Messgeräte